基于FPGA的数字选频器设计

摘要：提出了一种基于FPGA的数字选频器设计方案，该数字选频器应用于八通道的GSM系统直放站，采用低成本的FPGA芯片Xilink Spartan-3A DSP XC3SD3400A进行数字信号处理。给出了较详细的硬件设计方案，并通过Agilent Technologies N5230A网络分析仪对数字选频器进行了测量，被选出的有效相邻信道之间的最小间隔能达到1MHz，能够实现较好的选频功能，可满足实际应用的要求。
关键词：FPGA；数字选频器；GSM；直放站

0 引言
随着移动通信的迅速发展，无论何种无线通信的覆盖区域都将产生弱信号区和盲区，要架设模拟或数字基站成本太高，基础设施也比较复杂，为此提供一种成本低、架设简单，却具有小型基站功能的直放站是很有必要的。GSM移动通信系统在我国经过多年的发展，目前已经拥有最大的网络覆盖规模、最多的用户数、种类多样的业务，在我国移动通信市场中占有重要的地位。本文对GSM直放站的数字无线选频器进行设计，以达到低成本扩大无线网络覆盖范围和优化网络的目的。

1 系统总体结构
GSM900中上下行信道各120个，带宽为24 MHz，其中上行频段为885～909 MHz，下行频段为930～954 MHz，数字选频器工作效果示意图如图1所示。

如图1所示，数字选频器就是仅放大选中的频段，抑制未选中的频段，实现降低信道间干扰的目的。系统总体结构框图如图2所示。数字选频系统主要由A／D模块、FPGA可编程逻辑器件模块、D／A模块以及MCU管理模块四部分组成。

软件无线电的思想是将无线电收发信机的数字化点(A／D／A)尽可能靠近天线，理想的情况是在天线的后端进行射频采样，数字化之后，所有的处理都可以用很灵活的方法实现。但是由于目前ADC器件性能的限制，还无法达到在射频端进行数字化，在中频实现数字化是一个较妥的方案。
GSM直放站数字选频系统就是利用数字处理的手段实现滤波器功能，以替代现有直放站中的模拟选频模块。本系统通过AD6655接收下变频后的模拟中频信号，通过A／D采样将模拟信号转换为数字信号，采样频率为122．88 MHz。然后由FPGA按预定算法对来自AD6655的数字信号进行数字处理，处理后的结果再由AD9779转换成模拟信号。MCU通过SPI接口对AD6655，AD9779和AD9516的寄存器进行配置，并与FPGA之间进行通信。